Fibra de Carbono

Por Luiz Ricardo dos Santos
A fibra de carbono é um compósito filamentoso, obtido a partir de vários tipos de materiais compostos de carbono através da decomposição térmica sem oxigenação, também conhecida como pirólise, contendo pequenas quantidades de materiais inseridos em sua estrutura, como resinas por exemplo. Em virtude de sua resistência e baixa densidade é utilizada na fabricação naves espaciais, na indústria, de automóveis, e em equipamentos empregados em técnicas eletroanalíticas.

Confere resistência a plásticos, e estruturas na construção civil. Uma característica importante na utilização dessa fibra é fundamental: ela não sofre corrosão, talvez seja esse a maior vantagem desta sobre os metais, que por vez ou outra sofrem oxidação.

Relatos de pesquisadores afirmam ser Thomas Edison, o inventor da lâmpada, quem obteve em primeira mão esse material, pela decomposição térmica de algodão, no ano de 1878, para obter filamentos para suas lâmpadas incandescentes.

A exploração comercial da fibra de carbono iniciou-se no ano de 1950, quando se utilizou primeiramente “rayon”, porém concluiu-se que este material produzia pouco carbono, estendendo assim o campo de pesquisa ao redor de materiais, chegando ao poliacrilonitrila e piche de petróleo, sendo atualmente utilizados como material primordial na obtenção dos filamentos, em função de sua alta taxa de carbono.

O aperfeiçoamento deste material ocorreu no decorrer da década de 60, quando Japão e Inglaterra empregaram o poliacrilonitrila (PAN), na produção desta fibra. Hoje a fibra de carbono detém uma abrangência sobre bens de consumo, sendo utilizados em celulares, sapatos, móveis, eletrodomésticos, artefato de uso médico, esportivo e odontológico, está presente em praticamente todos os bens de consumo em todo mundo, o que fatalmente aumenta a demanda pelo material, aumentado sua produção e exigindo de pesquisadores novas técnicas na fabricação e é lógico, diminuindo o custo.

O algodão é uma excelente fonte de carbono em virtude de sua composição ser basicamente celulose, apresenta uma razoável quantidade de carbono, visto que as fibras de carbono contêm cerca de 90 a 91%, do elemento. Porém existem materiais sintéticos e naturais mais viáveis e de custo mais baixo.

O processo de Fabricação em função do material pode variar:

  • oxidação do material em torno de 200ºC;
  • carbonização do material a 1000ºC a 2000ºC em atmosfera inerte;

Obviamente este é um rápido exemplo de um processo, mas existem outros que foram desenvolvidos de acordo com o material a ser utilizado, como estiramento das fibras diante do calor em meio oxidante ou ainda onde o material é submetido à deposição e eletrodeposição de outros elementos, com objetivo de aumentar sua resistência.

As estruturas dessa fibra sofrem diversas variações desde a sua descoberta, muitos pesquisadores vem tentando determinar uma estrutura conveniente. Para descrevê-la, porém, a maioria desses grupos de cientistas tem concluído que a estrutura depende do material utilizado para a carbonização.  Existem duas teorias a esse respeito formuladas, sendo a primeira enunciando uma fibra formada pelo empilhamento de fitas carbônicas e uma segunda enuncia a formação por meio de microfibras que são a união de diversos conjuntos de fitas de carbono, sendo este modelo mais aceito e adequado para explicação das fibras em função de sua resistência mecânica, térmica e a tensão. As fibras carbono apresentam grupos funcionais em sua superfície, possibilitando seu uso como condutor eletrolítico; os grupos vão desde ácidos carboxílicos a aromáticos.

A classificação das fibras de carbono é  bastante peculiar ao material, a partir do qual são obtidas. Sendo elas os tipos I - Alto módulo II – Médio Módulo e III - Baixo Módulo. Os tipos são convenientemente explicados através da tabela abaixo.

Tipo Propriedades e Características
I-Alto módulo Obtidas a partir do PAN e do piche mesofase, apresentam resistência mecânica e a tensão, usada principalmente na indústria de autos, e na pesquisa eletroanalítica.
II- Médio Módulo Obtidas principalmente a partir do PAN, resistência a tensão, baixa Massa específica, utilizada comumente na indústria aeroespacial, carros de corrida e na construção civil.
III- Baixo Módulo Obtenção a partir do rayon e piche isotrópico apresentam resistência mais baixa principalmente à mecânica, densidade um pouco mais elevada, é utilizada como enchimento de plásticos e como aditivo de concreto, custo baixo.

Recentemente na Alemanha cientistas têm empregado o laser infravermelho na fabricação de fibras de carbono ao invés de submeter as ligas a fornos com alto gasto de energia. Este promissor instrumento permitirá a rápida e barata obtenção do material, sem que haja inconvenientes como a formação de deformidades decorrente de bolhas ocasionadas pelo manuseio do material em presença de ar, que terminam por reduzir a resistência. Esta nova tecnologia promete fabricar fibras até 100 vezes mais resistentes do que o aço, evidentemente bem mais leves.

Bibliografia:

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-40421999000400018&script=sci_arttext.

FIBRA DE CARBONO - MCs. Guilherme Wolf Lebrão-Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia-2008 - Revista Plástico Sul.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=laser-infravermelho-fibras--de-carbono&id=010170100406